Тема . Механика. Импульс и Энергия

.03 Закон сохранения и изменения энергии

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела механика. импульс и энергия
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#32626

Стержень согнули под углом 90∘ и расположили так, что одна из сторон получившегося угла вертикальна, а вторая горизонтальна. На каждую сторону угла надели маленькие массивные бусинки с массами m  и 2m  и соединили их невесомым стержнем длиной l  . В начальный момент стержень вертикален. Затем от малого толчка он приходит в движение, и бусинки скользят по сторонам угла (см. рисунок). Найти максимальную скорость нижней бусинки в процессе последующего движения.
(«Росатом», 2012, 11)

PIC

Источники: Росатом, 2012, 11

Показать ответ и решение

Пусть v  – скорость верхней шайбы, u  – скорость нижней. Нижняя шайба вначале разгоняется, но к концу пути она должна остановиться; следовательно, где-то в промежуточном положении ее скорость будет максимальной. Запишем закон сохранения энергии

mv2    2mu2
-----+ ------=  mgl (1 − cos α)
  2      2

и соотношение между скоростями равно:

v cosα = u sinα ⇒  v = utg α

Подставим в закон сохранения энергии

                                      2gl(1 − cosα )
u2 (2 + tg2α ) = 2gl(1 − cos α) ⇒ u2 = --------2-----
                                         2 + tg α

Возьмем производную по углу и приравняем к 0

2(− sin3 α + 4 sin α − 2tgα)
-------2------2----2-------
     (tg α + 2 ) cos α

Домножим на знаменатель, с учетом, что α ⁄=  90∘ и получим

   2        --2--           3
sin α − 4 + cos α = 0 ⇒  cos α +  3cosα −  2 = 0

Решаем это кубическое уравнение и получаем                       ∘
cos α = 0,6 ⇒  α = 53 Откуда u

          --------------
       ∘                   ∘ ------       ∘ --
u    =    2gl(1 −-cosα-)=    0,8gl-≈  0,46  gl
 max         2 + tg2α          3,78
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!